高一化学化学能与电能的转化.ppt

第三单元 化学能与电能的转化,第一课时 化学能转化为电能,（分析火力发电的利与弊）, 将Zn片插入H2SO4溶液中有什么现象？为什么？, 将Cu片插入H2SO4溶液中有什么现象？为什么？,演示探究,，若将Zn片,Cu片用一导线连接再浸在H2SO4溶液中，有什么现象？为什么？,，将一Zn片,Cu片平行插入H2SO4溶液中，有什么现象？为什么？,，导线间接一电流计有何现象产生？为什么？,，用一干电池连接电流计验证电子流向，确定Zn片, Cu片的正负极是怎样的？,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,铜片上有无色气体产生，锌片无明显现象。,铜片上有无色气体产生，锌片无明显现象，电流计发生偏转。,H+在铜片上得到电子被还原成氢气。,H+在铜片上得到电子被还原成氢气，说明有电子从锌片流入到铜片.,原电池,问题探究 1、你能找到原电池的正负极吗? 这一原电池在工作时的电流流动 方向是怎样的？,定义:把化学能转变为电能的装置。,电子由锌片经导线流向铜片，电流由铜片流出，从锌片流入。,、 锌片： Zn2eZn2+（氧化反应） 铜片： 2H+2eH2（还原反应）,问题探究 2、你知道原电池的工作原理吗？ 能不能写出在二个电极上的离子反 应方程式？,原电池的工作原理：氧化还原反应,氧化反应,Zn2e- Zn2+,2H+ + 2e-H2,负极,正极,Zn+2H+Zn2+H2,锌铜原电池原理,还原反应,还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应,氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应,还原剂失去的电子从锌极流出,流入铜极.,经外电路,Zn2+,H+,SO42-,电流方向,意大利物理学家 亚历山德罗.伏打 (Alessandro Volta),伏打电池,1.原电池： 将化学能转化成电能的装置,化学能转化为电能,原电池的原理：,氧化还原反应,总反应：,2H+2e-=H2,Zn2e-=Zn2+,Zn+2H+=Zn2+H2,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,(离子方程式）,（化学方程式）,正极：,负极：,（氧化反应）,（还原反应）,2.电极反应,实验探究形成原电池的条件,形成条件一：活泼性不同的两个电极,负极：较活泼的金属 正极：较不活泼的金属、石墨等,形成条件二：电极需插进电解质溶液中,实验探究形成原电池的条件,形成条件三：必须形成闭合回路,实验探究形成原电池的条件,实验探究形成原电池的条件,形成条件四：必须存在自发的氧化还原反应,3.构成原电池的条件,(1)有活泼性不同的两个电极,(2)两电极都接触电解质溶液,（3）正极、负极、电解质溶液构成闭合回路,( 4 )在电极表面上能发生自发进行的氧化还原反应。,电解质溶液,失e，沿导线传递，有电流产生,阳离子,负极,正极,阳离子,原电池工作原理：,动脑动手,有下列材料：Zn片、Cu片、导线、水果 、 电流计，请设计一个装置使电流计指针发生 偏转。,本节要点: 1，原电池概念。 2，构成原电池的条件。 3，原电池的正负极和电子流向判断。 4，原电池的工作原理。,例题：,把A、B、C、D4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。 若A、B相连时，A为负极； C、D相连时，D上产生大量气泡； A、C相连时，电流由C经导线流向A； B、D相连时，电子由D经导线流向B， 则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ） ABCD ACDB CABD BACD,AB,CD,AC,DB,(),(),(),2H+2e-H2,负极：,总反应：,正极：,Zn2e-Zn2+,Zn+2H+Zn2+H2,(),(),负极：,正极：,总反应：,正极：,负极：,总反应：,Zn2e- Zn2+,2H+2e- H2,Zn+2H+Zn2+H2,Fe2e - Fe2+,Cu2+2e- Cu,Fe+Cu2+Fe2+Cu,、四种金属，将和用导线连接起来，浸入电解质溶液中，不易腐蚀。将、分别放入等浓度盐酸中，比反应剧烈。将浸入的盐溶液中无明显变化，如果把浸入的盐溶液中，有金属析出。其活动顺序为：（ ） 、 、 、 、,B,3、一个原电池的总反应的离子方程式是Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，该反应的原电池的组成正确的是（ ）,C,二、原电池原理的应用,二、 原电池原理的应用：,1、研制分析化学电源；,2、促进某些氧化还原反应的进行，加快反应速率,3、寻找钢铁防腐蚀的方法,4、原电池的设计 ,阅读教材39页 资料卡 分析钢铁电化学腐蚀 的原因，探讨防止钢铁的方法及原理。,钢铁的吸氧腐蚀,原理：在潮湿空气中钢铁表面形成无数微小的原电池。 负极：Fe2e=Fe2+ 正极：2H20+O2+4e=4OH Fe2+ +2OH =Fe（OH）2 4Fe（OH）2 +2H20+O2 = 4Fe（OH）3 2Fe（OH）3=Fe2O3+3H2O,钢铁的防腐蚀：,4、 原电池的设计,（1） 请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+ 设计成一个原电池。,1、电解液： 。 2、电极材料： 正极 ，负极 。 3、电极反应式 ： 负极: . 正极: .,4. 原电池的设计,（2） 将氧化还原反应：Cu+2FeCl3= 2FeCl2 +CuCl2 设计成一个原电池。,1、电解液： 。 2、电极材料： 正极 ，负极 。 3、电极反应式 ： 负极: . 正极: .,4. 原电池的设计,（3） 将氧化还原反应：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2 设计成一个原电池。,1、电解液： 。 2、电极材料： 正极 ，负极 。 3、电极反应式 ： 负极: . 正极: .,4. 原电池的设计,（4） 将氧化还原反应：Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 设计成一个原电池。,1、电解液： 。 2、电极材料： 正极 ，负极 。 3、电极反应式 ： 负极: . 正极: .,问题探究 将铜棒和铝棒用导线连接后 插入浓硝酸中,是否构成了原电池?,若构成了原电池,负极材料是什么? 电极反应式?,4.化学电源,（1）一次电池（如干电池）:用过后不能复原 （2）二次电池（如蓄电池）:充电后能继续使用 （3）燃料电池 （4）海水电池,负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+ 正极（石墨）：2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O 总反应：Zn+ 2MnO2+2NH4+=Zn2+ Mn2O3+2NH3+H2O,干电池 Zn- Mn普通干电池,（1）一次电池,锌锰碱性电池是一种新型的干电池。 正极材料为MnO2 ,负极材料为Zn， 还原产物为MnOOH,电解质是KOH溶液， 总： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnOOH 请写出电极反应式并分析其工作原理。,负极：Zn + 2OH2e- = Zn(OH)2 正极：2MnO2 + 2H2O + 2 e- = 2MnO（OH） + 2OH 总反应： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO（OH）,碱性Zn- Mn干电池,银锌电池钮扣电池该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。发生反应后生成Ag和ZnO,其电极反应式为：,负极：Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O 正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,银锌纽扣电池,总反应式为：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag,（2）二次电池,铅蓄电池,（1）电极材料及原料 （2）电解质溶液 （3）电极反应式：,正极：PbO2 负极：Pb,H2SO4溶液,负极（Pb）: Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4,Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O,正极（PbO2）: PbO2+4H+SO42 -+ 2e-= PbSO4 +2H2O,总反应：,负极：Pb+SO42- =PbSO4+2e- 正极：PbO2+SO42-+4H+2e - =PbSO4+ 2H2O 电池总反应：Pb+ PbO2+2SO42- +4H+ =2PbSO4+2H2O,阴极： PbSO4 +2e- Pb+SO42- 阳极： PbSO4+ 2H2O PbO2+SO42-+4H+2e- 电池总反应：2PbSO4+2H2O Pb+ PbO2+2SO42- +4H+,铅蓄电池的放电过程原电池,铅蓄电池的充电过程电解池,铅蓄电池的充放电过程,把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”,优点：效率高、无污染，装置可持续使用,燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池,（3）新型燃料电池,教材40页,燃料电池,负极：2H2+4OH-4e-=4H2O 正极：O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应：O2+2H2=2H2O,常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、铝-空气燃料电池、熔融盐燃料电池等。,如图电池反应,（4）海水电池,1991年，我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电 池，用作航海标志灯。该电池以取之不的海水为电 解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。 这种海水电池的能量比“干电池”高2050倍。电极 反应式为： 负极： 正极： 电池总反应：,4Al - 12e-= 4Al 3+,3O2+ 6H2O +12e-= 12 OH -,4Al+3O2+ 6H2O = 4Al (OH)3,怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？ 书写步骤：（1）写出燃烧反应，根据电解液改写燃料电池总反应； （2）写出正极的电极反应式(一般较简单); （3）由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式。,正极反应一般为酸性介质 碱性介质,O2+4H+4e=2H2O,O2+2H2O+4e=4OH-,CH4、O2、NaOH组成的燃料电池 1.燃烧总化学反应： CH4+2O2CO2+2H2O 2.燃料电池总反应： 3.正极： 4.负极：,CH4+2OH-+2O2 = CO3 2 -+3H2O,2O2+4H2O+8e= 8OH-,CH4+10OH-8e= CO32-+7H2O,甲醇燃料电池是由甲醇和氧气及强碱电解质溶液构成的新型手机电池，电量可达现用镍氢或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。据此回答：,(1)甲醇是 极, 电极反应式是: ; (2)电池反应的离子方程式:,2CH3OH+16OH-12e=2CO32-+12H2O,2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O.,负,第二课时 电能转化为化学能,在生产和生活中我们不但要利用化学反应，使化学能转化为电能，而且要利用化学反应使电能转化为化学能。电能转化为化学能一般通过电解的方法来完成。我们已学过的化学课程里涉及利用电解反应来制取新物质的例子吗？,电解水,水,H2、O2,2H2O=2H2 +O2 ,电解食盐水,H2O、NaCl,NaOH 、 H2 、 Cl2,2NaCl +2H2O= 2NaOH +H2 + Cl2 ,电解融熔 氯化钠,NaCl,Na、 Cl2,2NaCl = 2NaCl+ Cl2 ,电解融熔 氧化铝,Al2O3,Al 、 O2,2Al2O3=2Al +3 O2 ,在U形管中加入饱和氯化铜溶液，用石墨棒作电极，接通电源，电解数分钟后，观察现象。,（1）接电源负极的石墨棒上有 ， 电极反应为。 （2）接电源正极的石墨棒上有 ， 电极反应为。 （3）电解反应的化学方程式。 （4）在上述电解反应中，被氧化的物质是， 被还原的物质是。 （5）比较电解饱和氯化钠溶液与电解饱和氯化铜溶液， 有什么不同？为什么？,有铜析出,Cu2+ + 2e- = Cu,有Cl2放出,2Cl- - 2e- = Cl2,CuCl2 = Cu + Cl2 ,CuCl2,CuCl2,因参与电解的微粒不同。,三.电解原理及电解池,3.电极名称和电极反应与电源负极相连的电极叫阴极，阴极上发生还原反应。 与电源正极相连的电极叫阳极，阳极上发生氧化反应。,构成电解池有什么条件？,构成条件: （1）与外加电源相连的两个电极 （2）有电解质溶液 （3）形成闭合回路,1.电解:使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起 氧化还原反应的过程.,2.电解池:借助于电流引起氧化还原反应的装置， 即把 电能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽,阴极:与电源负极相连， 电子流入，发生还原反应,阳极:与电源正极相连， 电子流出，发生氧化反应,4. 电极的判断,5. 电子、离子的流向,电子从阳极通过电源流向阴极 阳离子在电解质溶液中移向阴极 阴离子在电解质溶液中移向阳极,比较原电池、电解池的异同点。,原电池、电解池的比较,例题1： 下列装置中属于原电池的是 （ ） 属于电解池的是 （ ）,B,C D,怎样区分原电池、电解池？,原电池、电解池的区分关键看是否有外接电源；,练习,分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。,多池组合判断： 无外电源：一池为原电池，其余为电解池； 有外电源：全部为电解池或电镀池、精炼池。,6.电极产物的判断及电极反应的书写,阳极:先看电极后看溶液 (1) 活泼金属电极:金属电极失电子（除金和铂) (2) 惰性电极:溶液中阴离子失去电子, 失电子能力为: S2- I - Br - Cl - OH - 含氧酸根F- 阴极: 溶液中阳离子得电子,得电子能力为: Ag+ Fe3+ Cu2+ H+ （酸） Pb2+ Sn2+ Fe2+ Zn2+ H+ （水） Al3+ Mg2+ ,阴极： _电子，发生_反应，离子_越强，反应越容易。 常见阳离子放电顺序： Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+ 阳极：_电子，发生_反应，离子_越强，反应越容易。 当阳极为惰性电极(石墨、铂、金)时,常见阴离子放电顺序： S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根 F,得,还原,氧化性,失,氧化,还原性,离子放电规律,记 笔 记,分析电解反应的一般思路,溶液中存在的离子,两极上的电极反应,离子的移动方向及放电顺序,判断电解池的阴、阳极,电解Na2SO4溶液的分析,阴极,阳极,氧气,氢 气,阳极: 4OH- 4e- = 2H2O+O2,阴极: 4H + 4e- = 2H2,变大,不 变,加 H2O,2H2O = 2H2 +O2 ,通电,如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液时其电极反应式为：,电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。,用惰性电极电解电解质溶液规律,(1)电解水型：,电解CuCl2溶液的分析,阴极,阳极,氯 气,铜,CuCl2 Cu+Cl2 ,阳极：2Cl-2 e- =Cl2,阴极：Cu2+ 2e-=2Cu,减小,增 大,加 CuCl2,如电解盐酸、CuCl2溶液等,电解后溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质(通入一定量的HCl气体),电解盐酸,(2)电解本身：,电解CuSO4溶液的分析,阴极,阳极,氧 气,铜,2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 + 2H2SO4,阴极：Cu2+ 2e-=Cu,减小,加 CuO,阳极: 4OH- 4e- = 2H2O+O2,减 小,如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。,电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。,电解CuSO4溶液,(3)放氧生酸型：,电解NaCl溶液的分析,阴极,阳极,氢 气,氯气,阳极: 2Cl- 2e- = Cl 2,阴极: 2H + 2e- = H2,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 + Cl2 ,减小,增 大,加 HCl,如电解NaCl、KCl、MgCl2溶液等。,电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl气体。,(4)放氢生碱型：,2.（2002广东10）在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是 A.原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应 B.原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应 C.原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应 D.原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应,高考题例析,B C,3. （05全国卷I）11关于电解NaCl水溶液，下列叙述 正确的是 A电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 B若在阳极附近的溶液中滴入KI试液，溶液呈棕色 C若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色 D电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分 搅拌后溶液呈中性,B,4.（2003上海16右图是电解CuCl2溶液的装置， 其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的 是 A.a为负极、b为正极 B.a为阳极、b为阴极 C.电解过程中，d电极质量增加 D.电解过程中，氯离子浓度不变,C,（2）活泼金属的冶炼 钠的制取 镁的制取 铝的制取,（1）氯碱工业电解饱和食盐水,7.电解原理的应用,（3）电镀铜,(1) 电镀是利用电解原理在某些镀件上镀上一层其他金属或合金的过程，是电解的一个重要应用。,(2) 电镀池的形成条件 阴极：待镀金属制品 阳极：镀层金属 电镀液：含有镀层金属阳离子的可溶性盐溶液,实验现象,阳极： 阴极：,铜变小,有红色固体产生,反应方程式,Cu2e- Cu2+,Cu2+2e-Cu,电镀液的组成及酸碱性不会变化,（4）铜的电解精炼,、粗铜所含的杂质,Zn、Fe、Ni、Ag、Au等,、粗铜的精炼,以粗铜为阳极，以纯铜为阴极， 以CuSO4溶液为电解液进行电解,阳极： Zn 2eZn2+ Fe2eFe2+ Ni 2eNi2+ Cu2eCu2+,阴极： Cu2+ +2eCu,长时间电解后必须补充电解液,要点一：原电池、电解池、电镀池的比较,